ЛЕКЦИЯ № 15. Регистры

1. Системные регистры микропроцессора

Само название этих регистров говорит о том, что они выполняют специфические функции в системе. Использование системных регистров жестко регламентировано. Именно они обеспечивают работу защищенного режима. Их также можно рассматривать как часть архитектуры микропроцессора, которая намеренно оставлена видимой для того, чтобы квалифицированный системный программист мог выполнить самые низкоуровневые операции.

Системные регистры можно разделить на три группы:

1) четыре регистра управления;

2) четыре регистра системных адресов;

3) восемь регистров отладки.

2. Регистры управления

В группу регистров управления входят четыре регистра: cr0, cr1, cr2, cr3. Эти регистры предназначены для общего управления системой. Регистры управления доступны только программам с уровнем привилегий 0.

Хотя микропроцессор имеет четыре регистра управления, доступными являются только три из них - исключается cr1, функции которого пока не определены (он зарезервирован для будущего использования).

Регистр cr0 содержит системные флаги, управляющие режимами работы микропроцессора и отражающие его состояние глобально, независимо от конкретных выполняющихся задач.

Назначение системных флагов:

1) ре (Protect Enable), бит 0 - разрешение защищенного режима работы. Состояние этого флага показывает, в каком из двух режимов - реальном (ре = 0) или защищенном (ре = 1) - работает микропроцессор в данный момент времени;

2) mp (Math Present), бит 1 - наличие сопроцессора. Всегда 1;

3) ts (Task Switched), бит 3 - переключение задач. Процессор автоматически устанавливает этот бит при переключении на выполнение другой задачи;

4) am (Alignment Mask), бит 18 - маска выравнивания. Этот бит разрешает (am = 1) или запрещает (am = 0) контроль выравнивания;

5) cd (Cache Disable), бит 30 - запрещение кеш-памяти.

С помощью этого бита можно запретить (cd =1) или разрешить (cd = 0) использование внутренней кеш-памяти (кеш-памяти первого уровня);

6) pg (PaGing), бит 31 - разрешение (pg =1) или запрещение (pg = 0) страничного преобразования.

Флаг используется при страничной модели организации памяти.

Регистр cr2 используется при страничной организации оперативной памяти для регистрации ситуации, когда текущая команда обратилась по адресу, содержащемуся в странице памяти, отсутствующей в данный момент времени в памяти.

В такой ситуации в микропроцессоре возникает исключительная ситуация с номером 14, и линейный 32-битный адрес команды, вызвавшей это исключение, записывается в регистр cr2. Имея эту информацию, обработчик исключения 14 определяет нужную страницу, осуществляет ее подкачку в память и возобновляет нормальную работу программы;

Регистр cr3 также используется при страничной организации памяти. Это так называемый регистр каталога страниц первого уровня. Он содержит 20-битный физический базовый адрес каталога страниц текущей задачи. Этот каталог содержит 1024 32-битных дескриптора, каждый из которых содержит адрес таблицы страниц второго уровня. В свою очередь, каждая из таблиц страниц второго уровня содержит 1024 32-битных дескриптора, адресующих страничные кадры в памяти. Размер страничного кадра - 4 Кбайта.

3. Регистры системных адресов

Эти регистры еще называют регистрами управления памятью.

Они предназначены для защиты программ и данных в мультизадачном режиме работы микропроцессора. При работе в защищенном режиме микропроцессора адресное пространство делится на:

1) глобальное - общее для всех задач;

2) локальное - отдельное для каждой задачи.

Этим разделением и объясняется присутствие в архитектуре микропроцессора следующих системных регистров:

1) регистра таблицы глобальных дескрипторов gdtr (Global Descriptor Table Register), имеющего размер 48 бит и содержащего 32-битовый (биты 16-47) базовый адрес глобальной дескрипторной таблицы GDT и 16-битовое (биты 0-15) значение предела, представляющее собой размер в байтах таблицы GDT;

2) регистра таблицы локальных дескрипторов ldtr (Local Descriptor Table Register), имеющего размер 16 бит и содержащего так называемый селектор дескриптора локальной дескрипторной таблицы LDT Этот селектор является указателем в таблице GDT, который и описывает сегмент, содержащий локальную дескрипторную таблицу LDT;

3) регистра таблицы дескрипторов прерываний idtr (Interrupt Descriptor Table Register), имеющего размер 48 бит и содержащего 32-битовый (биты 16-47) базовый адрес дескрипторной таблицы прерываний IDT и 16-битовое (биты 0-15) значение предела, представляющее собой размер в байтах таблицы IDT;

4) 16-битового регистра задачи tr (Task Register), который подобно регистру ldtr, содержит селектор, т. е. указатель на дескриптор в таблице GDT Этот дескриптор описывает текущий сегмент состояния задачи (TSS - Task Segment Status). Этот сегмент создается для каждой задачи в системе, имеет жестко регламентированную структуру и содержит контекст (текущее состояние) задачи. Основное назначение сегментов TSS - сохранять текущее состояние задачи в момент переключения на другую задачу.

4. Регистры отладки

Это очень интересная группа регистров, предназначенных для аппаратной отладки. Средства аппаратной отладки впервые появились в микропроцессоре i486. Аппаратно микропроцессор содержит восемь регистров отладки, но реально из них используются только шесть.

Регистры dr0, dr1, dr2, dr3 имеют разрядность 32 бита и предназначены для задания линейных адресов четырех точек прерывания. Используемый при этом механизм следующий: любой формируемый текущей программой адрес сравнивается с адресами в регистрах dr0... dr3, и при совпадении генерируется исключение отладки с номером 1.

Регистр dr6 называется регистром состояния отладки. Биты этого регистра устанавливаются в соответствии с причинами, которые вызвали возникновение последнего исключения с номером 1.

Перечислим эти биты и их назначение:

1) b0 - если этот бит установлен в 1, то последнее исключение (прерывание) возникло в результате достижения контрольной точки, определенной в регистре dr0;

2) b1 - аналогично b0, но для контрольной точки в регистре dr1;

3) b2 - аналогично b0, но для контрольной точки в регистре dr2;

4) bЗ - аналогично b0, но для контрольной точки в регистре dr3;

5) bd (бит 13) - служит для защиты регистров отладки;

6) bs (бит 14) - устанавливается в 1, если исключение 1 было вызвано состоянием флага tf = 1 в регистре eflags;

7) bt (бит 15) устанавливается в 1, если исключение 1 было вызвано переключением на задачу с установленным битом ловушки в TSS t = 1.

Все остальные биты в этом регистре заполняются нулями. Обработчик исключения 1 по содержимому dr6 должен определить причину, по которой произошло исключение, и выполнить необходимые действия.

Регистр dr7 называется регистром управления отладкой. В нем для каждого из четырех регистров контрольных точек отладки имеются поля, позволяющие уточнить следующие условия, при которых следует сгенерировать прерывание:

1) место регистрации контрольной точки - только в текущей задаче или в любой задаче. Эти биты занимают младшие 8 бит регистра dr7 (по 2 бита на каждую контрольную точку (фактически точку прерывания), задаваемую регистрами dr0, dr1, dr2, dr3 соответственно).

Первый бит из каждой пары - это так называемое локальное разрешение; его установка говорит о том, что точка прерывания действует, если она находится в пределах адресного пространства текущей задачи.

Второй бит в каждой паре определяет глобальное разрешение, которое говорит о том, что данная контрольная точка действует в пределах адресных пространств всех задач, находящихся в системе;

2) тип доступа, по которому инициируется прерывание: только при выборке команды, при записи или при записи / чтении данных. Биты, определяющие подобную природу возникновения прерывания, локализуются в старшей части данного регистра. Большинство из системных регистров программно доступно.

Автор: Цветкова А.В.

<< Назад: Регистры (Системные регистры микропроцессора. Регистры управления. Регистры системных адресов. Регистры отладки)

>> Вперед: Структуры команд на Ассемблере (Структура машинной команды. Способы задания операндов команды. Способы адресации)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Анестезиология и реаниматология. Шпаргалка

▪ Трудовое право. Шпаргалка

▪ Анализ и диагностика финансово-хозяйственной деятельности. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Литий-ионные аккумуляторы с двойным градиентом 04.11.2024 Современные литий-ионные аккумуляторы играют ключевую роль в развитии электромобилей и сетевых накопителей энергии. Однако, для массового внедрения этих технологий необходимы улучшения в производительности, долговечности и экономичности батарей. Ученые из Национальной лаборатории Аргонн сделали важный шаг в этом направлении, разработав новую конструкцию катодов с двойным градиентом, которая обещает значительно повысить эффективность литий-ионных батарей. Идея двойного градиента базируется на предыдущем прорыве, сделанном в Аргонн в 2012 году, когда была создана катодная структура с градиентом состава. Тогда ученые усовершенствовали катоды, регулируя соотношение никеля, марганца и кобальта в их частицах. Это позволило увеличить плотность энергии и долговечность батарей. Однако новая конструкция делает еще один шаг вперед: помимо градиента состава, она включает структурные градиенты, что приводит к еще большей стабильности и эффективности. Основное преимущество новой технологии заключается в сочетании двух ключевых элементов катода. Неупорядоченная поверхность частиц обеспечивает повышенную стабильность, предотвращая образование трещин и повреждений, которые часто возникают при высоких напряжениях. Одновременно упорядоченное ядро катода способствует эффективной передаче литий-ионов, что важно для улучшения скорости зарядки и разрядки. Такая структура помогает поддерживать высокую производительность аккумулятора даже при продолжительной эксплуатации. Чтобы подтвердить эффективность катодов с двойным градиентом, исследователи провели серию строгих испытаний. Катоды показали превосходную стабильность и сохранили почти всю свою емкость даже после 500 циклов зарядки и разрядки, потеряв лишь около 2% своей емкости. Это впечатляющий результат для батарей, работающих под высоким напряжением, где стабильность часто является слабым звеном. Еще одним важным аспектом новой технологии является снижение содержания кобальта. Кобальт - это дефицитный и дорогой материал, использование которого увеличивает стоимость и экологический след производства батарей. В новой конструкции ученые смогли минимизировать его использование, сконцентрировав большую часть кобальта на поверхности частиц катода. В результате содержание кобальта внутри частиц уменьшилось до менее 2% по сравнению с 10-20% в предыдущих вариантах катодов. В перспективе исследователи планируют сократить содержание кобальта до 1%, что сделает производство батарей еще более экологически устойчивым. Наряду с экономическими преимуществами, новая конструкция демонстрирует улучшенную термостойкость, что имеет решающее значение для безопасности батарей, особенно при высоких напряжениях. Повышенная термостойкость позволяет аккумуляторам сохранять работоспособность в сложных условиях эксплуатации, что особенно важно для электромобилей и энергетических сетей. Таким образом, новая конструкция с двойным градиентом может значительно ускорить развитие и распространение электромобилей и систем хранения энергии. Она не только увеличивает срок службы и производительность батарей, но и помогает снизить зависимость от дорогих и дефицитных материалов, что делает аккумуляторы более доступными и экологичными.

Другие интересные новости:

▪ Антивирусное ожерелье

▪ Новый низкоуровневый API снизит энергопотребление чипов ARM

▪ Мобильная платежная система LG Pay

▪ Монитор с вогнутым экраном Samsung S34E790CN

▪ Билингвизм улучшает восприятие информации и внимательность

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Важнейшие научные открытия. Подборка статей

▪ статья Все о монтажных кадрах. Искусство видео

▪ статья Могут ли саламандры жить в огне? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Luxor. Справочник

▪ статья Синтезатор частоты для радиовещательного ЧМ-FM приемника на микросхемах LM7001J + PIC16F84A. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Расчет параметров проволоки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025